(57)【要約】【課題】ＦＳＷによる接合時に簡易な手段で被接合材を拘束すること。【解決手段】シリンダスキン１を接合する回転工具１２を備えるＦＳＷ装置１０は、可動支持体１１８に取り付けられる。可動支持体１１８は、それぞれの支持ビーム１１２に設けられたレール１１１を介して取り付けられており、支持ビーム１１２上を移動する。これによって、回転工具１２がシリンダスキン１同士の突合せ部３を攪拌しながら接合する。可動支持体１１８に取り付けられた押さえローラ４０は、ＦＳＷ装置の進行方向（接合方向）前方に配置されてシリンダスキン１を押さえ込むことにより、ＦＳＷ中におけるシリンダスキン１の浮き上がりを防止する。支持ビーム１１２には、Ｙ方向拘束具３０が取り付けられており、ＦＳＷ時におけるシリンダスキン１の突合せ部の開きを抑制する。【選択図】      図２
2005007454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の断面円弧状の曲板をその直線側端部で接合して筒状のロケットタンクシリンダを製造するにあたり、
前記曲板同士の直線側端部同士を突合せる工程と、
前記曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のうち少なくとも１方向は、他の２方向とは異なる拘束手段で拘束する工程と、
前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合する工程と、
を含むことを特徴とするロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項２】
複数の断面円弧状の曲板をその直線側端部で接合して筒状のロケットタンクシリンダを製造するにあたり、
前記曲板の直線側端部同士を突合せる工程と、
前記曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のそれぞれを、他とは異なる拘束手段で拘束する工程と、
前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合する工程と、
を含むことを特徴とするロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項３】
前記曲板同士の突合せ部両側であって前記曲板の曲線側端部近傍を拘束することによって前記曲板の直線側端部に平行な方向を拘束し、
前記曲板を拘束する部分の間からＦＳＷを開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項４】
さらに、ＦＳＷは、前記曲板を拘束する部分の間で終了することを特徴とする請求項３に記載のロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項５】
さらに、すべての前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合して筒状の部材を形成した後、当該筒状の部材の軸方向側端部を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項６】
前記曲板は、直線側端部と平行に突起部が形成されており、前記突起部を拘束することによって前記曲板の突合せ部を引き離す動きを拘束することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロケットタンクシリンダの製造方法。
【請求項７】
断面円弧状の曲板同士を突合せて接合するＦＳＷヘッドと、
前記曲板の曲線側端部に設けられて、ＦＳＷ時に発生する前記曲板の直線側端部に平行な方向に作用する反力を受けるＸ方向拘束手段と、
前記曲板の直線側端部に設けられて、ＦＳＷ時に発生する前記曲板の突合せ部を引き離す方向に作用する反力を受けるＹ方向拘束手段と、
前記曲板を押圧することにより前記曲板の浮き上がりを抑えるＺ方向拘束手段と、
を備えたことを特徴とするロケットタンクシリンダの製造装置。
【請求項８】
前記Ｘ方向拘束手段は、前記曲板の曲線側端部と係合する係合部を有することを特徴とする請求項７に記載のロケットタンクシリンダの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロケットタンクシリンダや筒状体の製造に関し、さらに詳しくは、ＦＳＷによる接合時に簡易な手段で被接合材を拘束することのできるロケットタンクシリンダの製造方法及びその製造装置を提供することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロケットタンクシリンダは、断面円弧状の曲板を複数接合して製造される。従来は溶接によって接合していたが、近年では溶接に代わってＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ：摩擦攪拌接合）が使用されてきている。このような、ロケットタンクシリンダをＦＳＷによって製造する技術が非特許文献１に開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｔａｋｅｓ  Ｏｆｆ  ａｔ  Ｂｏｅｉｎｇ」    Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  Ｆｅｂｒｕａｒｙ，  １９９９．  Ｐ３５−    ＡＷＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）出版
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に開示されたロケットタンクの製造方法では、複数の油圧シリンダを用いてＦＳＷによる接合部を一方向から押さえ込んで拘束するので、複数の油圧シリンダを支持する部分の剛性を極めて高くしなければならなかった。このため、製造装置が大型化し、また多くの油圧シリンダが必要なので、装置構成が複雑になるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＦＳＷによる接合時に簡易な手段で被接合材を拘束して、製造設備を簡略化することのできるロケットタンクシリンダの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、複数の断面円弧状の曲板をその直線側端部で接合して筒状のロケットタンクシリンダを製造するにあたり、前記曲板同士の直線側端部同士を突合せる工程と、前記曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のうち少なくとも１方向は、他の２方向とは異なる拘束手段で拘束する工程と、前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
本願発明者らは、鋭意研究の結果、ＦＳＷ時に発生する反力を分解して検討した結果、個々の分力毎に対応して被接合材を拘束すれば、従来の拘束方法よりも格段に小さい力で被接合材を拘束できることに想到した。かかる研究結果に基づき、このロケットタンクシリンダの製造方法は、ＦＳＷで接合するにあたって、被接合材である断面円弧状の曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のうち少なくとも１方向は、他の２方向とは異なる拘束手段で拘束するようにしてある。これによって、接合部を一方向から押さえ込む場合と比較して、格段に拘束力を小さくすることができるので、簡易な拘束手段によって被接合材を拘束できる。また、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【０００８】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、複数の断面円弧状の曲板をその直線側端部で接合して筒状のロケットタンクシリンダを製造するにあたり、前記曲板の直線側端部同士を突合せる工程と、前記曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のそれぞれを、他とは異なる拘束手段で拘束する工程と、前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このロケットタンクシリンダの製造方法は、ＦＳＷで接合するにあたって、被接合材である断面円弧状の曲板の直線側端部に平行な方向、前記曲板の突合せ部を引き離す方向、前記曲板を浮き上がらせる方向のそれぞれを、他とは異なる拘束手段により拘束する。これによって、ＦＳＷ時に発生する反力を３分割して拘束できるので、従来よりも格段に拘束力を小さくすることができる。その結果、簡易な拘束手段によって被接合材を拘束できる。また、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【００１０】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、前記ロケットタンクシリンダの製造方法において、前記曲板同士の突合せ部両側であって前記曲板の曲線側端部近傍を拘束することによって前記曲板の直線側端部に平行な方向を拘束し、前記曲板を拘束する部分の間からＦＳＷを開始することを特徴とする。
【００１１】
ＦＳＷ開始時には発生する反力が最大となるが、本発明のように曲板の曲線側端部近傍を拘束する部分の間からＦＳＷを開始するので、この曲板拘束部によっても曲板の突合せ部を引き離す方向の分力を受けることができる。これによって、曲板を確実に拘束することができる。
【００１２】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、前記ロケットタンクシリンダの製造方法において、さらに、ＦＳＷは、前記曲板を拘束する部分の間で終了することを特徴とする。
【００１３】
このように、ＦＳＷを終了させる場合にも、曲板の曲線側端部近傍を拘束する部分の間でＦＳＷを終了させるので、この曲板拘束部によっても曲板の突合せ部を引き離す方向の分力を受けることができる。これによって、曲板を確実に拘束することができる。
【００１４】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、前記ロケットタンクシリンダの製造方法において、さらに、すべての前記曲板の突合せ部をＦＳＷにより接合して筒状の部材を形成した後、当該筒状の部材の軸方向側端部を除去する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
このように、複数の曲板を接合して完成した筒状の部材の端部を除去するので、ＦＳＷによる接合時においては端部の劣化を考慮せず、強力に端部を拘束することができる。これによって、確実に曲板を接合するとともに、端部の性状が優れたロケットタンクシリンダを製造することができる。
【００１６】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、前記ロケットタンクシリンダの製造方法において、前記曲板は、直線側端部と平行に突起部が形成されており、前記突起部を拘束することによって前記曲板の突合せ部を引き離す動きを拘束することを特徴とする。
【００１７】
一般のロケットタンクシリンダは、２ｍｍ程度の軽合金の金属であるため、強度を発揮させるためリブが形成される場合が多い。この発明においては、このようなリブのうち、曲板の直線側端部に平行なリブ（突起部）を拘束することによって曲板の突合せ部を引き離す動きを拘束する。これにより、特別な部材を付加することなしに曲板の突合せ部を引き離す動きを確実に拘束できる。
【００１８】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造装置は、断面円弧状の曲板同士を突合せて接合するＦＳＷヘッドと、前記曲板の曲線側端部に設けられて、ＦＳＷ時に発生する前記曲板の直線側端部に平行な方向に作用する反力を受けるＸ方向拘束手段と、前記曲板の直線側端部に設けられて、ＦＳＷ時に発生する前記曲板の突合せ部を引き離す方向に作用する反力を受けるＹ方向拘束手段と、前記曲板を押圧することにより前記曲板の浮き上がりを抑えるＺ方向拘束手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このロケットタンクシリンダの製造装置は、ＦＳＷで接合するにあたって、被接合材である断面円弧状の曲板をＸ方向拘束手段と、Ｙ方向拘束手段と、Ｚ方向拘束手段とによって拘束する。これによって、ＦＳＷ時に発生する反力を３分割して拘束できるので、従来よりも格段に拘束力を小さくすることができる。その結果、簡易な拘束手段によって被接合材を拘束できる。また、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【００２０】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法は、前記ロケットタンクシリンダの製造装置において、前記Ｘ方向拘束手段は、前記曲板の曲線側端部と係合する係合部を有することを特徴とする。
【００２１】
このように、Ｘ方向拘束手段に係合部を設け、これと曲板の曲線側端部とを係合させてＦＳＷ時に発生する前記曲板の直線側端部に平行な方向に作用する反力を受ける。これにより、曲板の直線側端部に平行な方向に過大な反力が作用しても、この係合部によって確実に曲板を拘束できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、本発明は、ロケットタンクシリンダの製造に対して好適であるが、本発明の適用対象はこれに限られるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る本発明は、シリンダスキンと呼ばれる複数の断面円弧状の曲板をＦＳＷにより接合してロケットタンクシリンダを製造するにあたり、曲板のＸ、Ｙ、Ｚ方向のうち少なくとも１方向は、他の方向と異なる拘束手段によって固定することにより、ＦＳＷ時の反力に起因する変形を抑制する点に特徴がある。
【００２４】
図１は、ロケットタンクシリンダの製造方法の一例を示す説明図である。一般に、図１（ｂ）に示すロケットタンク用シリンダ２は、図１（ａ）に示すような軽合金の曲板で作られる複数のシリンダスキン１を、その直線側の端部１ｓｔで接合して製造される。図１（ｂ）の１ｃが、シリンダスキン１同士の接合部であり、シリンダスキン１同士は、ＦＳＷによって接合される。ここで、図１（ｃ）に示すように、シリンダスキン１の曲線側における端部を１ｃｔ、直線側における端部を１ｓｔとする（以下同様）。
【００２５】
ＦＳＷは摩擦熱によって被接合材の組織内部を攪拌して一体化させることで、母材同士を接合する技術である。このように、母材を溶融させないで接合するため、一般的な溶融池を生ずる溶接とは異なり、熱影響による接合部周辺の強度低下が極めて小さいという特長がある。したがって、ＦＳＷにおいては接合継ぎ手部の機械的性質はほとんど変化しないという利点がある。また、ＦＳＷでは、溶接できない材料でも接合することができるので、広汎な種類の材料に対して適用できるという特徴もある。なお、溶接できない材料には、例えば２１９５  Ａｌ−Ｌｉ合金やセラミック粒子分散Ａｌ基複合材（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＭＭＣ）等がある。
【００２６】
図２は、実施の形態１の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造装置を示す説明図である。このロケットタンクシリンダの製造装置（以下製造装置と略称）１００は、リング１１０にシリンダスキン支持体１１４と接合部支持体１１６とが取り付けられている。シリンダスキン１はシリンダスキン支持体１１４上に載置され、シリンダスキン１の接合部同士は互いに突き合わされて接合部支持体１１６上に配置される。
【００２７】
また、製造装置１００には、リング１１０内を縦貫する２本の支持ビーム１１２が備えられている。この支持ビーム１１２は、リング１１０とは独立した片持ち梁構造である。シリンダスキン１を接合する回転工具１２を備えるＦＳＷ装置１０は、可動支持体１１８に取り付けられる。可動支持体１１８は、それぞれの支持ビーム１１２に設けられたレール１１１を介して取り付けられており、支持ビーム１１２上をシリンダスキン１の直線側の端部１ｓｔ方向（図１（ｃ）参照）に移動する。これによって、回転工具１２がシリンダスキン１同士の突合せ部３を攪拌しながら接合する。
【００２８】
可動支持体１１８には押さえローラ４０がローラ支持棒４２を介して取り付けられている。押さえローラ４０は、ＦＳＷ装置の進行方向（接合方向）前方に配置されてシリンダスキン１を押さえ込むことにより、ＦＳＷ中におけるシリンダスキン１の浮き上がりを防止する。また、支持ビーム１１２には、Ｙ方向拘束具３０が取り付けられており、ＦＳＷ時におけるシリンダスキン１の突合せ部の開きを抑制する。
【００２９】
図３は、実施の形態１に係る本発明に適用できるＦＳＷの方式を示す説明図である。図３（ａ）は、回転工具１２による一般的なＦＳＷの方式を示している。この接合方式では、ＦＳＷ接合時に発生するピン部１２ｐを備えた回転工具１２の押し付け荷重Ｐ１を支持する必要があるので、バックメタルＢＭの張り出し力Ｐ２によってこれを支持する。図３（ｂ）は、ボビンツール方式のＦＳＷ接合であり、回転工具１２と、これと一体として回転するピン部１２ｐを有する対向回転工具１２ｂとで、被接合材であるシリンダスキン１を挟み込みながら接合する。この方式では、回転工具１２の押し付け荷重Ｐ１は発生しないのでバックメタルＢＭが不要になり、シリンダスキン１の接合部支持構造の剛性を大きくする必要がなくなる。実施の形態１においては、ボビンツール方式のＦＳＷ接合を使用するが、図３（ａ）に示した一般的なＦＳＷの方式を使用してもよい。
【００３０】
図４は、ＦＳＷによる接合時に発生する反力を説明する概念図である。ＦＳＷでは、シリンダスキン１等の被接合材に塑性流動を発生させることにより、被接合材を溶融させずに接合するので、接合時には大きな反力Ｆが発生する。この反力Ｆに打ち勝って被接合材を拘束しなければ摩擦発熱や塑性流動は発生せず、被接合材同士を接合することはできない。図４（ａ）は、ＦＳＷにより発生する反力Ｆを、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の３成分に分解して模式的に表したものである。また、図４（ｂ）は、シリンダスキン１をＦＳＷによって接合する場合に発生する反力Ｆの分力を示したものである。ここで、Ｘ方向とは、回転工具１２の回転や、回転工具１２が接合線Ｌ１方向へ進行することによって生じる分力ＦＸの方向である。また、Ｘ方向は、断面円弧状の曲板で形成された被接合材であるシリンダスキン１の直線側における端部１ｓｔと平行な方向とも表せる。Ｙ方向とは、回転工具１２が被接合材を掻き分けようとする力であり被接合材同士を引き離す方向に作用する分力ＦＹの方向である。また、Ｚ方向とは、前記Ｘ方向に作用する分力ＦＸによって発生する分力ＦＺの方向であり、被接合材を浮き上がらせる方向である。
【００３１】
実施の形態１に係る本発明では、回転工具１２の回転及び進行に起因する反力ＦをＸ、Ｙ、Ｚ方向に分解し、それぞれの方向の分力ＦＸ、ＦＹ、ＦＺを個別に、又は少なくとも１個は個別に拘束する。このように、それぞれの分力ＦＸ、ＦＹ、ＦＺを単独、又は少なくとも１個を単独で拘束すればよいので、従来技術のようにＺ方向からの押圧力のみによってＸ、Ｙ、Ｚ方向の分力を拘束する場合と比較して、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向それぞれの拘束力は極めて小さくて済む。本発明ではこのような構成を採用することによって、効率よく拘束力を発揮させることができるので、ＦＳＷ時においては従来よりも格段に小さい拘束力で被接合材を拘束して、確実に接合することができる。また、各方向の拘束力は従来よりも格段に小さいので、従来技術の支持方向に対する支持剛性を極端に高くする必要はなく、既存の溶接設備を利用して本発明に係る製造装置１００を構成することができる。次に、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の拘束構造について説明する。
【００３２】
図５は、Ｘ方向の拘束構造を示す説明図である。図５（ａ）、（ｃ）に示すように、シリンダスキン１は、それぞれの直線側における端部同士が突き合わされた状態で接合部支持体１１６上に載置される。シリンダスキン１は、その曲線側における端部１ｃｔ側に取り付けられるＸ方向拘束具２０によって拘束される。図５（ｂ）に示すように、シリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔ側には、拘束用のピン孔１ｈが開口しており、Ｘ方向拘束具２０を介してシリンダスキン１の拘束用ボルト２２が差し込まれる。また、接合部支持体１１６上のＸ方向拘束具２０は、締結ボルト２３によって接合部支持体１１６に固定される。なお、拘束用ボルト２２及び締結ボルト２３の本数は１個のＸ方向拘束具２０に対してそれぞれ２個に限られるものではなく、シリンダスキン１の仕様やＦＳＷの条件等によって適宜これらの本数を変更することができる。
【００３３】
この拘束構造では、Ｘ方向拘束具２０とシリンダスキン１との摩擦力、Ｘ方向拘束具２０と接合部支持体１１６との摩擦力、及びシリンダスキン１と接合部支持体１１６との摩擦力によって、ＦＳＷ時に発生する反力Ｆの分力ＦＸを受けることができる。また、拘束用ボルト２２及び締結ボルト２３のせん断力によっても、前記分力ＦＸを受けることができる。
【００３４】
さらに、この拘束構造が備えるＸ方向拘束具２０は断面Ｌ字状であって、シリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔと係合する係合部２０ｔを備えている（図５（ｂ））。したがって、この係合部２０ｔによっても、ＦＳＷ時に発生する反力Ｆの分力ＦＸを受けることができる。回転工具１２の接近にともない、ＦＳＷ終了側における係合部２０ｔで受ける反力Ｆは最大になる。したがって、この係合部２０ｔによる反力Ｆの分力ＦＸの支持は、ＦＳＷの終了側において特に有効である。このため、少なくともＦＳＷの終了側におけるシリンダスキン１の曲線側の端部１ｃｔ側を拘束する場合には、係合部２０ｔを備えたＸ方向拘束具２０を用いることが好ましい。上記構成によって、ＦＳＷ時に発生する反力Ｆの分力ＦＸによるシリンダスキン１のずれを拘束することができる。
【００３５】
なお、ＦＳＷの開始側におけるシリンダスキン１の曲線側の端部１ｃｔ側を拘束する場合には、ＦＸ１＞ＦＸ２（図４（ａ）参照）なので、Ｘ方向拘束具２０を使用しないで拘束用ボルト２２によってシリンダスキン１を接合部支持体１１６に締結してもよい。ここで、図４（ａ）に示すように、ＦＸ１は、回転工具１２の進行方向の分力であり、ＦＸ２は、回転工具１２の進行方向と反対方向の分力である。
【００３６】
図５（ｄ）は、ＦＳＷが終了した状態を示している。ＦＳＷが終了して、Ｘ方向拘束具２０を外すと、曲線側の端部１ｃｔ側には拘束用のピン孔１ｈが残る。また、曲線側の端部１ｃｔ側から所定の距離は接合されていない。このため、すべてのシリンダスキン１を接合して筒状の容器が完成したら、切断線ＣＬに沿ってシリンダスキン１を切断し、曲線側の端部１ｃｔ側を所定領域だけ取り除く。これによって、ロケットタンク用シリンダ２（図１参照）が完成する。
【００３７】
図６は、Ｘ方向におけるＦＳＷの始点及び終点を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、対向するシリンダスキン１を拘束する１対のＸ方向拘束具２０の間からＦＳＷを開始するように、ＦＳＷの始点ＳＰを１対のＸ方向拘束具２０の間に位置させることが好ましい。このようにすれば、Ｘ方向に対するシリンダスキン１のずれを効率よく拘束することができる。また、ＦＳＷの開始時には大きなＹ方向の分力ＦＹが作用して、シリンダスキン１同士を引き離そうとするが、Ｘ方向拘束具２０によってこれを効率的に抑制でき、確実にシリンダスキン１同士を接合できる。
【００３８】
始点ＳＰは、ＦＳＷ開始側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔからｌ１以上ｌ２の範囲にあればよい。ここで、ｌ１は、ＦＳＷ開始側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔから最初の拘束用ピン２２の中心までの距離であり、ｌ２は、ＦＳＷ開始側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔから最後の拘束用ピン２２の中心までの距離である。
【００３９】
同様に、対向するシリンダスキン１を拘束する１対のＸ方向拘束具２０の間でＦＳＷが終了するように、ＦＳＷの終点ＥＰを１対のＸ方向拘束具２０の間に位置させることが好ましい。このようにすれば、Ｘ方向に対するシリンダスキン１のずれを効率よく拘束することができる。また、ＦＳＷの終了時において、回転工具１２はシリンダスキン１の端部近傍に位置するが、シリンダスキン１の端部は部品の剛性部位がなくなる。これにともなって、Ｙ方向の分力ＦＹがシリンダスキン１同士の端部を引き離す方向に作用する。しかし、終点ＥＰにおいてはＸ方向拘束具２０によってこれを効率的に抑制できるので、確実にシリンダスキン１同士を接合できる。
【００４０】
ここで、終点ＥＰは、シリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔからｌ１以上ｌ２の範囲にあればよい。ここで、ｌ１は、ＦＳＷ終了側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔから最初の拘束用ピン２２の中心までの距離であり、ｌ２は、ＦＳＷ終了側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔから最後の拘束用ピン２２の中心までの距離である。
【００４１】
図７は、Ｘ方向を拘束する構造の他の例を示す説明図である。同図に示すように、シリンダスキン１側の拘束点が１点の場合には、ＦＳＷの始点ＳＰが、ＦＳＷの開始側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔからｌ１の距離に位置するようにすることが好ましい。ここで、ｌ１は、ＦＳＷの開始側であってシリンダスキン１の曲線側における端部１ｃｔから拘束用ピン２２の中心までの距離である。このようにすれば、ＦＳＷによって発生する反力のＸ方向の分力ＦＸとＹ方向の分力ＦＹとを略均一に拘束用ボルト２２で受けることができるので、より確実にシリンダスキン１を拘束できる。なお、ＦＳＷの終点ＥＰについても、シリンダスキン１の曲線側の端部から拘束用ピン２２までの距離に位置するようにすることが好ましい。
【００４２】
図８は、Ｙ方向を拘束する構造を示す説明図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の矢印Ｃ方向から見た側面図である。支持ビーム１１２には、シリンダスキン１のＹ方向に対する動きを拘束するＹ方向拘束具３０が、Ｙ方向拘束具支持部材３２を支点として取り付けられる。Ｙ方向拘束具３０の先端部３０ｔは、図８（ｃ）に示すようにシリンダスキン１の直線側端部１ｓｔ近傍に形成された突起部１ａに係合して、ＦＳＷ時におけるシリンダスキン１のＹ方向に対する動きが拘束される。通常、ロケットタンク用シリンダ２（図１参照）は、強度を持たせるためにリブが形成されるが、本発明では、シリンダスキン１の直線側における端部１ｓｔと平行なリブ、すなわち突起部１ａを利用して、シリンダスキン１のＹ方向に向かう動きを拘束する。このようにすれば、部材を追加することなくＹ方向に向かう動きを拘束することができる。
【００４３】
支持ビーム１１２とＹ方向拘束具３０との間には、Ｙ方向拘束具押圧手段３６が配置される。このＹ方向拘束具押圧手段３６によって、ＦＳＷ時にはＹ方向拘束具３０をシリンダスキン１側へ押し付けて、Ｙ方向の分力ＦＹを支持する。本実施の形態においては、Ｙ方向拘束具押圧手段３６には空気溜めを用いており、ＦＳＷ時にはこの空気溜めに空気を入れることによって、Ｙ方向拘束具３０をシリンダスキン１側へ押し付ける。なお、このような機能を達成できれば、例えばソレノイドやモータ等のアクチュエータを用いてもよい。
【００４４】
Ｙ方向分力ＦＹは、シリンダスキン１の突起部１ａからＹ方向拘束具３０の先端部３０ｔで受け止められてＹ方向拘束具３０に伝達される。そして、Ｙ方向拘束具３０が支持されているＹ方向拘束具支持部材３２においては、Ｙ方向拘束具支持部材３２に設けられた押さえボルト３４によってＹ方向分力ＦＹが支持ビーム１１２へ伝達される。このように、Ｙ方向分力ＦＹは、Ｙ方向拘束具３０、Ｙ方向拘束具支持部材３２及び押さえボルト３４を介して支持ビーム１１２で支持される。ＦＳＷが終了してシリンダスキン１を拘束する必要がなくなったら、Ｙ方向拘束具押圧手段３６の押圧を開放して（ここでは空気溜めの空気を抜いて）、次のシリンダスキン１を接合する。
【００４５】
図９は、Ｚ方向を拘束する構造を示す説明図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）をＺ方向から見た平面図である。Ｚ方向拘束手段である押さえローラ４０は、回転工具１２の進行方向前方に間隔ｋをもって配置してあり、押さえ力Ｌが付加される。本実施の形態において、押さえローラ４０に対する押さえ力Ｌは、１０〜２０ｋＮであるが、ＦＳＷの条件やシリンダスキン１の仕様により変動する。押さえローラ４０は、押さえ力Ｌが付加された状態で、回転工具１２に先行してシリンダスキン１の突合せ部を押さえローラ４０によって押圧する。そして、シリンダスキン１を押圧しながら回転工具１２とともに進行することにより、ＦＳＷ時におけるシリンダスキン１のＺ方向に対する変形を抑制する。このとき、押さえローラ４０の中心と回転工具１２の中心との間隔ｋは、１０〜２０ｃｍ程度が好ましい。このような構成で、シリンダスキン１のＺ方向に対する動きが拘束される。なお、押さえローラ４０の押さえ力Ｌを大きくすることにより、Ｚ方向の動きを拘束するとともに、Ｙ方向の動きを拘束してもよい。この場合、上記Ｙ方向拘束具３０は全長押さえが不要になり、Ｙ方向拘束具３０の間隔を大きくできるので、製造装置１００の構成を簡略化できる。
【００４６】
図１０は、ＦＳＷ時におけるＸ方向分力とＹ方向分力との測定結果を示す説明図である。曲板のシリンダスキン１の代わりに平板のテストピース１ｐを用いて、Ｘ方向及びＹ方向の分力を測定した。各分力は、ロードセルＲｅＸ、ＡｄＸ、ＡｄＹ１〜ＡｄＹ３、ＲｅＹ１〜ＲｅＹ３によって測定した。ロードセルＡｄＹ１〜ＡｄＹ３、ＲｅＹ１〜ＲｅＹ３は、図１０（ａ）に示すように、回転工具１２の進行方向と平行（テストピース１ｐの突合せ部に対して平行）に配置されている。ロードセルＲｅＸ、ＡｄＸ等からの出力は計測器５０に取り込まれ、コンピュータ５１で処理される。
【００４７】
図１０（ｂ）に示すように、ロードセルＲｅＸによって測定されるＸ方向分力は、ＦＳＷの開始時直後に最大値を示し、その大きさは７ｋＮ程度である。その後、ロードセルＲｅＸによって測定されるＸ方向分力は計測時間の経過とともに低下する。ロードセルＡｄＸによって測定されるＸ方向分力は、ＦＳＷの開始時後から時間の経過とともに増加する。そして、ＦＳＷの終了直前に最大値を示し、その大きさは１２ｋＮ程度である。ロードセルＲｅＹ（ＲｅＹ１）によって測定されるＹ方向分力は、ＦＳＷの開始時直後に最大値を示し、その大きさは７ｋＮ程度である。その後、ロードセルＲｅＹによって測定されるＹ方向分力は計測時間の経過とともに低下する。Ｚ方向については図示しないが、押さえローラ４０（図９参照）の押さえ力Ｌを減じていって測定した結果、押さえ力Ｌは最大で５ｋＮ程度である。このように、ＦＳＷ時におけるＸ方向及びＹ方向の分力は最大でも１２ｋＮ程度である。
【００４８】
ここで、従来技術においては、シリンダスキン１を拘束するために４０〜５０ｋＮ／２０ｍｍのＺ方向拘束力が必要であり、数メートルのシリンダスキン１をＦＳＷによって接合する際には、拘束構造のＺ方向に対する剛性を極めて高くする必要がある。しかし、本発明においては、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の分力をそれぞれ別個に支持するので、前記ロードセルで分力を検出した領域において最大１２ｋＮ程度の分力を支持できればよい。したがって、被接合材を拘束する構造のＺ方向に対する剛性をそれ程大きくしなくとも、十分にこれらの分力を支持できる。
【００４９】
次に、実施の形態１の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法について説明する。図１１は、本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法を示すフローチャートである。また、図１２は、本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法を示す概念図である。なお、次の説明においては、適宜図２を参照されたい。
【００５０】
まず、被接合材であるシリンダスキン１同士の直線側端部同士を突合せて製造装置１００のシリンダスキン支持体１１４上に載置し、シリンダスキン１の突合せ部が接合部支持体１１６上に位置するように位置決めする（ステップＳ１０１）。そして、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向を上記拘束手段によって拘束して（ステップＳ１０２）、ＦＳＷを開始する（ステップＳ１０３、図１２（ａ））。
【００５１】
ＦＳＷが終了して（ステップＳ１０４）、シリンダスキン１同士を接合したら、すべての被接合材であるシリンダスキン１を接合したかどうか判定する（ステップＳ１０５）。未接合のシリンダスキン１がある場合には（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、新たなシリンダスキン１を用意して接合する（図１２（ｂ））。被接合材であるシリンダスキン１すべてを接合すると円筒状の部材が完成するが、この円筒状の部材はＸ方向の拘束に用いたピン孔１ｈか端部２ｔに開口しているので、端部２ｔを切断して（ステップＳ１０６、図１２（ｃ））除去する。これによって、ロケットタンク用シリンダ２が完成し、これに鏡板４その他の付属品を取り付けて（ステップＳ１０７、図１２（ｄ））、ロケットタンクが完成する。
【００５２】
以上、実施の形態１に係る本発明によれば、ＦＳＷにおいて被接合材に作用するＸ、Ｙ、Ｚ方向の分力をそれぞれ別個に支持するので、被接合材を拘束する構造の剛性をそれ程大きくしなくとも、十分にこれらの分力を支持できる。その結果、既存の設備を利用して製造装置を構成できるので、製造装置の製造コストを低減できる。また、小さい力で確実に被接合材を拘束できるので、より確実に被接合材同士を接合でき、製品の精度も向上する。さらに、従来のように、多くの油圧シリンダでシリンダスキンを拘束する必要はないので、製造装置を簡略化できるとともに、油圧シリンダの駆動エネルギーも不要になるので、その分だけロケットタンクシリンダの製造に係るエネルギーを低減することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２の本発明に係るシリンダの製造方法を示す説明図である。このシリンダの製造方法は、上記実施の形態１に係るロケットタンクシリンダの製造方法と略同一の構成であるが、ＦＳＷによる接合後に、Ｙ方向の拘束に用いたリブを除去する点が異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付する。
【００５４】
まず、図１３（ａ）に示すように、Ｙ方向拘束具３０の先端部３０ｔとシリンダスキン１の突起部１ａとを係合させて、ＦＳＷ時にシリンダスキン１へ作用するＹ方向の分力を受ける。シリンダスキン１同士の接合が完了したら、切削工具５３によって突起部１ａを除去して（図１３（ｂ））、突起部１ａのない滑らかな状態とする（図１３（ｃ））。このシリンダの製造方法では、内壁に突起のないシリンダを製造する場合に有効である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、ＦＳＷで接合するにあたって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のうち少なくとも１方向は、他の２方向とは異なる拘束手段で拘束した。これによって、接合部を一方向から押さえ込む場合と比較して、格段に拘束力を小さくすることができる。その結果、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【００５６】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、ＦＳＷで接合するにあたって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のそれぞれを、他とは異なる拘束手段により拘束した。これによって、ＦＳＷ時に発生する反力を３分割して拘束できるので、従来よりも格段に拘束力を小さくすることができる。その結果、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【００５７】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、曲板の曲線側端部近傍を拘束する部分の間からＦＳＷを開始するようにした。その結果、この曲板拘束部によっても曲板の突合せ部を引き離す方向の分力を受けることができるので、曲板を確実に拘束することができる。
【００５８】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、ＦＳＷを終了させる場合にも、曲板の曲線側端部近傍を拘束する部分の間でＦＳＷを終了させるようにした。これによって、曲板を拘束する部分によっても曲板の突合せ部を引き離す方向の分力を受けることができるので、曲板を確実に拘束することができる。
【００５９】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、複数の曲板を接合して完成した筒状の部材の端部を除去するようにしたので、ＦＳＷによる接合時においては端部の劣化を考慮せず、強力に端部を拘束することができる。これによって、確実に曲板を接合するとともに、端部の性状が優れたロケットタンクシリンダを製造することができる。
【００６０】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、曲板の直線側端部に平行なリブ（突起部）を拘束することによって、ＦＳＷ時における曲板の突合せ部を引き離す動きを拘束するようにした。これにより、特別な部材を付加することなしに、曲板の突合せ部を引き離す動きを確実に拘束できる。
【００６１】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造装置では、ＦＳＷで接合するにあたって、Ｘ方向拘束手段と、Ｙ方向拘束手段と、Ｚ方向拘束手段とによって拘束するようにした。これによって、ＦＳＷ時に発生する反力を３分割して拘束できるので、従来よりも格段に拘束力を小さくすることができる。その結果、拘束手段の支持剛性を高くしなくとも十分に被接合材を拘束できるので、製造装置を簡略化することができる。
【００６２】
また、次の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法では、Ｘ方向拘束手段に係合部を設け、これと曲板の曲線側端部とを係合させてＦＳＷ時に発生する前記曲板の直線側端部に平行な方向に作用する反力を受けるようにした。これにより、曲板の直線側端部に平行な方向に過大な反力が作用しても、この係合部によって確実に曲板を拘束できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロケットタンクシリンダの製造方法の一例を示す説明図である。
【図２】実施の形態１の本発明に係るロケットタンクシリンダの製造装置を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る本発明に適用できるＦＳＷの方式を示す説明図である。
【図４】ＦＳＷによる接合時に発生する反力を説明する概念図である。
【図５】Ｘ方向の拘束構造を示す説明図である。
【図６】Ｘ方向におけるＦＳＷの始点及び終点を示す説明図である。
【図７】Ｘ方向を拘束する構造の他の例を示す説明図である。
【図８】Ｙ方向を拘束する構造を示す説明図である。
【図９】Ｚ方向を拘束する構造を示す説明図である。
【図１０】ＦＳＷ時におけるＸ方向分力とＹ方向分力との測定結果を示す説明図である。
【図１１】本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係るロケットタンクシリンダの製造方法を示す概念図である。
【図１３】実施の形態２の本発明に係るシリンダの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  シリンダスキン
１ａ  突起部
１ｃｔ  曲線側の端部
１ｓｔ  直線側の端部
２  ロケットタンク用シリンダ
２ｔ  端部
３  突合せ部
１０  ロケットタンクシリンダ製造装置
２０  Ｘ方向拘束具
２０ｔ  係合部
２２  拘束用ボルト
２３  締結ボルト
３０  Ｙ方向拘束具
３０ｔ  先端部
３２  Ｙ方向拘束具支持部材
３４  押さえボルト
３６  Ｙ方向拘束具押圧手段
４０  押さえローラ
４２  ローラ支持棒
１００  製造装置
【図１】
2005007454.tif 000003
【図２】
2005007454.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005007454.tif 000006
【図５】
2005007454.tif 000007
【図６】
2005007454.tif 000008
【図７】
2005007454.tif 000009
【図８】
2005007454.tif 000010
【図９】
2005007454.tif 000011
【図１０】
2005007454.tif 000012
【図１１】
2005007454.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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